新疆維吾爾自治區(qū)藥用植物標(biāo)本管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)△

孫成忠，李曉瑾，陳國嶺*，賈曉光，郝振國，楊澤東，王果平

(1.中國測(cè)繪科學(xué)研究院，北京 100039；2.新疆維吾爾自治區(qū)中藥民族藥研究所，新疆 烏魯木齊 830002)

新疆維吾爾自治區(qū)藥用植物標(biāo)本管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)△

孫成忠1，李曉瑾2，陳國嶺1*，賈曉光2，郝振國1，楊澤東1，王果平2

(1.中國測(cè)繪科學(xué)研究院，北京 100039；2.新疆維吾爾自治區(qū)中藥民族藥研究所，新疆 烏魯木齊 830002)

藥用植物標(biāo)本作為藥用植物信息資源的實(shí)物載體，對(duì)中藥教學(xué)、科研具有重要價(jià)值。如何實(shí)現(xiàn)藥用植物標(biāo)本的信息化管理和可視化表達(dá)，一直是中藥資源標(biāo)本管理者需要解決的問題。本文主要闡述了新疆維吾爾自治區(qū)藥用植物標(biāo)本管理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)，詳細(xì)闡述了該系統(tǒng)建立的技術(shù)路線、系統(tǒng)框架和系統(tǒng)功能。

藥用植物標(biāo)本；管理系統(tǒng)；數(shù)據(jù)庫；標(biāo)本可視化

藥用植物資源是中藥產(chǎn)業(yè)得以存在、發(fā)展的重要物質(zhì)基礎(chǔ)之一，藥用植物標(biāo)本作為藥用植物信息資源的實(shí)物載體，對(duì)中藥教學(xué)、科研具有重要價(jià)值。目前，全國中醫(yī)藥相關(guān)部門存放著大量的中藥資源標(biāo)本，主要的存放方式大多數(shù)還是傳統(tǒng)的存放方式(柜子存放)，標(biāo)本館的日常維護(hù)及管理大多也是采用常規(guī)的管理手段，檢索和查詢的效率很低。再者，在日常使用中極易造成標(biāo)本破壞，使珍貴的標(biāo)本遭到不可彌補(bǔ)的損壞。

進(jìn)入21世紀(jì)，隨著信息技術(shù)的快速發(fā)展，國內(nèi)植物標(biāo)本存放單位已經(jīng)開始進(jìn)行數(shù)字標(biāo)本館的建設(shè)，最典型的代表是中國科學(xué)院植物研究所建設(shè)的“中國數(shù)字植物標(biāo)本館”；在中藥資源領(lǐng)域，江西中醫(yī)藥大學(xué)建設(shè)的江西藥用植物標(biāo)本網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫和四川省中醫(yī)藥科學(xué)院建設(shè)的藥用植物數(shù)字標(biāo)本館，其功能是以查詢檢索為主，而沒有實(shí)現(xiàn)標(biāo)本可視化，更不能實(shí)現(xiàn)標(biāo)本與地理信息的結(jié)合。因此，這些已建系統(tǒng)具備的基本功能已無法滿足人們對(duì)知識(shí)和信息資源獲取的需求，將現(xiàn)代信息技術(shù)引入到藥用植物標(biāo)本保護(hù)的研究和管理中，以成為當(dāng)下管理者對(duì)標(biāo)本管理提出更高要求的必然趨勢(shì)[1-2]。

“新疆維吾爾自治區(qū)藥用植物標(biāo)本管理系統(tǒng)”建設(shè)旨在應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)化技術(shù)和數(shù)據(jù)庫技術(shù)，以新疆第三次中藥資源普查和第四次中藥資源普查試點(diǎn)工作采集的藥用植物標(biāo)本數(shù)據(jù)為依托[3-4]，按照藥用植物分類系統(tǒng)，即科、屬、種的分類方式進(jìn)行分類、認(rèn)定和存儲(chǔ)，建立一套更完善的、科學(xué)的、現(xiàn)代化的藥用植物管理信息系統(tǒng)，為藥用植物標(biāo)本的科學(xué)管理服務(wù)提供信息化平臺(tái)[5-6]。

1 新疆維吾爾自治區(qū)藥用植物標(biāo)本管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1.1 技術(shù)路線

系統(tǒng)采用了實(shí)用、成熟的技術(shù)方法進(jìn)行面向數(shù)據(jù)管理的二次開發(fā)設(shè)計(jì)，考慮多源、多尺度數(shù)據(jù)間的邏輯聯(lián)系，顧及系統(tǒng)的功能需求、持續(xù)發(fā)展、維護(hù)管理與數(shù)據(jù)更新等方面的要求，結(jié)合當(dāng)今計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、軟件工程技術(shù)，特別是以O(shè)racle為代表的數(shù)據(jù)庫技術(shù)的最新進(jìn)展，通過基于插件的功能定制開發(fā)，使系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)滿足數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)性能穩(wěn)定、功能實(shí)用的要求。

系統(tǒng)中單張圖像大小動(dòng)輒20 M，通過網(wǎng)絡(luò)傳輸效率低下，因此系統(tǒng)采用二維基本變換算法對(duì)系統(tǒng)所有圖像進(jìn)行縮放變化存儲(chǔ)，根據(jù)不同需要調(diào)用不同縮放等級(jí)的圖像，提高看圖的效率。

系統(tǒng)的工作模式為客戶模式C/S(Client/Server)。即系統(tǒng)的應(yīng)用層部署到客戶機(jī)，數(shù)據(jù)庫部署到服務(wù)器。以單機(jī)桌面模式實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)處理各個(gè)模塊的功能。當(dāng)客戶機(jī)提出請(qǐng)求的時(shí)候，服務(wù)器運(yùn)行應(yīng)用程序讀取數(shù)據(jù)庫進(jìn)行操作，并把結(jié)果傳給客戶機(jī)，客戶機(jī)的客戶端程序得到數(shù)據(jù)后將最終結(jié)果傳給用戶。C/S的優(yōu)勢(shì)在于減輕服務(wù)器端的任務(wù)負(fù)擔(dān)，同時(shí)，客戶機(jī)端界面設(shè)計(jì)功能和控制性強(qiáng)，非常適合人機(jī)交互頻繁的業(yè)務(wù)要求。

1.2 系統(tǒng)框架

“新疆維吾爾自治區(qū)藥用植物標(biāo)本管理系統(tǒng)”邏輯上由軟硬件支撐層、數(shù)據(jù)層和應(yīng)用層等組成。1)應(yīng)用服務(wù)層主要包含了相應(yīng)的功能模塊，為數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)和其他應(yīng)用系統(tǒng)提供數(shù)據(jù)應(yīng)用服務(wù)。2)數(shù)據(jù)層主要是指系統(tǒng)管理的數(shù)據(jù)資源內(nèi)容。主要包括第三次中藥資源普查采集的藥用植物標(biāo)本數(shù)據(jù)、第四次中藥資源普查試點(diǎn)工作采集的藥用植物標(biāo)本數(shù)據(jù)、圖片數(shù)據(jù)、輔助數(shù)據(jù)等組成。數(shù)據(jù)層包含了相關(guān)數(shù)據(jù)資源，具體的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)根據(jù)數(shù)據(jù)的種類與使用方式的不同可以由Oracle或本地存儲(chǔ)設(shè)備進(jìn)行存儲(chǔ)。3)軟硬件支撐層由計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)支撐平臺(tái)提供，主要包含支持系統(tǒng)運(yùn)行的服務(wù)器、本地存儲(chǔ)設(shè)備、Oracle數(shù)據(jù)庫等，為上層提供數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、管理等能力，并對(duì)上層提供各類數(shù)據(jù)訪問接口。

整個(gè)系統(tǒng)的構(gòu)建依據(jù)藥用植物標(biāo)本數(shù)據(jù)的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和管理規(guī)范進(jìn)行建設(shè)，并依據(jù)相應(yīng)的數(shù)據(jù)管理策略和信息安全體系構(gòu)建，與存儲(chǔ)設(shè)備、存儲(chǔ)管理軟件結(jié)合，最終通過系統(tǒng)界面向用戶提供服務(wù)。系統(tǒng)總體框架如圖1所示。系統(tǒng)采用Microsoft Visual Studio.NET 2010開發(fā)。.Net是微軟提供的一個(gè)新的面向?qū)ο蟮目焖匍_發(fā)語言，比VC有更好的易用性和理解性。數(shù)據(jù)庫采用Oracle數(shù)據(jù)庫和文件數(shù)據(jù)庫共同管理的方式。Oracle數(shù)據(jù)庫存儲(chǔ)字典表、用戶表、權(quán)限表以及藥用標(biāo)本的屬性表。文件數(shù)據(jù)庫存儲(chǔ)藥用標(biāo)本的圖片數(shù)據(jù)。

圖1 新疆維吾爾自治區(qū)藥用植物標(biāo)本管理系統(tǒng)總體框架圖

1.3 圖像變化算法

標(biāo)本圖片和基原圖片的查看，涉及到圖像的放大和縮小。對(duì)圖像的放大、縮小和平移，采用線性矩陣變換的算法來實(shí)現(xiàn)。

二維圖形變換分為兩類：二維基本變換和二維組合變換。這里主要用到二維基本變換。二維基本變換的矩陣變換算法的主要形式為：

設(shè)二維平面的一個(gè)點(diǎn)坐標(biāo)為[xy]，對(duì)其進(jìn)行矩陣變換：

變換后，該點(diǎn)的坐標(biāo)為：

對(duì)于縮放變化，參數(shù)矩陣取值為：

其中，a為x方向的縮放因子，d為y方向的縮放因子。當(dāng)a=d時(shí)，圖形沿x方向和y方向等比例縮放[7]。

1.4 系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)

1.4.1 系統(tǒng)安全管理功能 本系統(tǒng)使用的用戶主要有普通人員、數(shù)據(jù)編輯人員、系統(tǒng)管理員，對(duì)各類使用人員進(jìn)行權(quán)限設(shè)置。

1.4.1.1 普通人員權(quán)限 檢索和查看標(biāo)本信息(敏感信息不能查看，例如標(biāo)本位置、標(biāo)本圖片)、基原植物信息、標(biāo)本鑒定信息、標(biāo)本在縣級(jí)行政區(qū)內(nèi)的圖上位置信息。

1.4.1.2 數(shù)據(jù)編輯人員權(quán)限 數(shù)據(jù)編輯人員除具有普通人員的所有權(quán)限外，還包括查看標(biāo)本位置信息、查看標(biāo)本圖片、標(biāo)本信息的編輯、鑒定信息的編輯、圖片信息的編輯權(quán)限。

1.4.1.3 系統(tǒng)管理員權(quán)限 系統(tǒng)管理員具有最高權(quán)限。除具有數(shù)據(jù)編輯人員所有權(quán)限外，還具有標(biāo)本信息添加、標(biāo)本信息刪除、基原植物信息添加、基原植物信息刪除、系統(tǒng)用戶管理、系統(tǒng)權(quán)限組指派等權(quán)限。

1.4.2 標(biāo)本信息檢索功能 實(shí)現(xiàn)對(duì)標(biāo)本信息的快速檢索和其他相關(guān)信息的查看。對(duì)標(biāo)本數(shù)據(jù)快速檢索定位，并對(duì)檢索到的數(shù)據(jù)詳細(xì)信息進(jìn)行查看。

1.4.3 標(biāo)本信息編輯功能 實(shí)現(xiàn)對(duì)標(biāo)本信息的快速編輯以及對(duì)相關(guān)信息的編輯。對(duì)標(biāo)本數(shù)據(jù)可以增加、刪除和修改操作，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)流的導(dǎo)入和輸出。

1.4.4 標(biāo)本圖片管理功能 對(duì)藥用標(biāo)本圖片數(shù)據(jù)的管理。藥用標(biāo)本圖片包括標(biāo)本壓制后的圖片、基原植物圖片以及基原植物相對(duì)應(yīng)的生境圖片。系統(tǒng)可以對(duì)圖片數(shù)據(jù)進(jìn)行查看、縮放、增加、刪除操作。

1.4.5 基原植物信息管理功能 對(duì)標(biāo)本的基原植物信息進(jìn)行管理，系統(tǒng)可以對(duì)基原植物信息進(jìn)行增加、修改和刪除操作。

1.4.6 檢索和統(tǒng)計(jì)功能 對(duì)數(shù)據(jù)庫中的植物標(biāo)本按科或者種進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，也可以根據(jù)行政單位(市、縣)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)。統(tǒng)計(jì)結(jié)果以柱狀圖的形式在行政區(qū)劃內(nèi)表達(dá)，同時(shí)顯示統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)。

1.4.7 系統(tǒng)管理功能 系統(tǒng)管理主要包括用戶管理、日志管理和權(quán)限管理。對(duì)用戶可以增加和刪除，以及分配權(quán)限。用戶登錄系統(tǒng)后的所有操作，將記錄日志。

系統(tǒng)總體模塊設(shè)計(jì)如圖2所示。

圖2 新疆維吾爾自治區(qū)藥用植物標(biāo)本管理系統(tǒng)總體模塊設(shè)計(jì)圖

2 新疆維吾爾自治區(qū)藥用植物標(biāo)本管理系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)

2.1 標(biāo)本數(shù)據(jù)信息化實(shí)現(xiàn)

對(duì)新疆藥用植物標(biāo)本數(shù)據(jù)進(jìn)行分析歸類，數(shù)據(jù)分4種：第三次中藥資源普查標(biāo)本數(shù)據(jù)、第四次中藥資源普查試點(diǎn)工作標(biāo)本數(shù)據(jù)、圖片數(shù)據(jù)和其他數(shù)據(jù)。

2.1.1 第三次中藥資源普查的標(biāo)本數(shù)據(jù) 主要指標(biāo)本的基本信息數(shù)據(jù)。第三次的標(biāo)本數(shù)據(jù)沒有經(jīng)緯度信息，數(shù)據(jù)字段與第四次的標(biāo)本數(shù)據(jù)字段上，有一定的出入。

2.1.2 第四次中藥資源普查試點(diǎn)工作的標(biāo)本數(shù)據(jù) 主要指標(biāo)本的基本信息數(shù)據(jù)。第四次的標(biāo)本數(shù)據(jù)含有經(jīng)緯度信息，字段信息較完整。

2.1.3 圖片數(shù)據(jù) 主要指第三次、第四次資源普查的標(biāo)本圖片、基原植物的圖片(全株、根、莖、葉、花、果、實(shí)、生境照片)以及基原植物的藥材圖片。

2.1.4 其他數(shù)據(jù) 主要包括標(biāo)本鑒定數(shù)據(jù)、圖片描述信息數(shù)據(jù)、用戶數(shù)據(jù)、用戶權(quán)限數(shù)據(jù)、系統(tǒng)字典表、符號(hào)數(shù)據(jù)等。

2.2 數(shù)據(jù)庫實(shí)現(xiàn)

系統(tǒng)采用Oracle數(shù)據(jù)庫。創(chuàng)建一個(gè)表空間，表空間名稱為“xjsimpleatt”，為表空間xjsimpleatt設(shè)置用戶名“xjadminsim”。

所有屬性數(shù)據(jù)通過ADO.NET進(jìn)行存取。數(shù)據(jù)訪問模型如圖3所示，主要涉及的系統(tǒng)表如表1所示。

圖3 數(shù)據(jù)訪問模型

表1 系統(tǒng)表

2.3 系統(tǒng)功能實(shí)現(xiàn)

2.3.1 用戶登錄 出于對(duì)系統(tǒng)安全的考慮以及用戶分析的需要，對(duì)用戶實(shí)行安全等級(jí)管理。不同等級(jí)的人展現(xiàn)的用戶界面不一樣。其中普通人員權(quán)限最低，系統(tǒng)管理員權(quán)限最高。用戶登錄流程如圖4所示。

圖4 用戶登錄流程

2.3.2 標(biāo)本信息檢索 用戶提供特定的檢索詞，例如標(biāo)本編號(hào)、植物種名稱、科名稱等對(duì)數(shù)據(jù)庫中的信息進(jìn)行檢索。可以進(jìn)行精確檢索，也可以進(jìn)行模糊檢索。檢索的結(jié)果將以列表的形式進(jìn)行顯示，同時(shí)對(duì)檢索到的標(biāo)本信息，還可以查看其基原植物信息、圖片信息等。標(biāo)本信息檢索流程如圖5所示。

2.3.3 標(biāo)本信息入庫 通過標(biāo)本信息錄入界面，填寫詳細(xì)的標(biāo)本信息，然后入庫。信息入庫之前，需要對(duì)信息的準(zhǔn)確性進(jìn)行檢查，如果檢查通過，則入庫；反之，則不能入庫。標(biāo)本信息入庫流程如圖6所示。

2.3.4 標(biāo)本掃描圖片入庫 標(biāo)本掃描圖片由于數(shù)據(jù)量大，所以是以文件的形式保存在服務(wù)器上的。圖片在上傳服務(wù)器的同時(shí)，需要?jiǎng)?chuàng)建縮略圖用于后期的快速調(diào)取。標(biāo)本掃描圖片入庫流程如圖7所示。

圖5 標(biāo)本信息檢索流程

圖6 標(biāo)本信息入庫流程

圖7 標(biāo)本掃描圖片入庫流程

3 結(jié)語

中藥資源信息化建設(shè)是中藥現(xiàn)代化的基礎(chǔ)，因此，信息技術(shù)和數(shù)據(jù)庫技術(shù)在中藥資源信息化中應(yīng)用是中醫(yī)藥行業(yè)發(fā)展的需要。藥用植物標(biāo)本的存儲(chǔ)和管理也應(yīng)拋棄傳統(tǒng)的管理模式，跟上時(shí)代發(fā)展步伐[8-10]?！靶陆S吾爾自治區(qū)藥用植物標(biāo)本管理系統(tǒng)”目前已經(jīng)開發(fā)完成，取得了國家計(jì)算機(jī)軟件著作權(quán)登記，并已開始運(yùn)行?！靶陆S吾爾自治區(qū)藥用植物標(biāo)本管理系統(tǒng)”的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)，為省一級(jí)藥用植物標(biāo)本信息化管理提供了參考模式，使得省一級(jí)珍貴的藥用植物標(biāo)本實(shí)現(xiàn)了數(shù)字化的存儲(chǔ)和管理，使藥用植物標(biāo)本為科研和教學(xué)提供更加便利的服務(wù)，為中藥資源的可持續(xù)利用提供了信息化的標(biāo)本數(shù)據(jù)支撐。

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DesignandImplementationofMedicinalPlantSpecimensManagementSystem

SUN Chengzhong1，LIXiaojin2，CHENGuoling1*，JIAXiaoguang2，HAOZhenguo1，YANGZedong1，WANGGuoping2

(1.ChineseAcademyofSurveyingandMapping，Beijing100039,China；2.InstituteoftraditionalmedicineandethnodruginXinjiang，Urumqi830002，China)

Medicinal plant specimens as physical carrier of information resources of medicinal plants，traditional Chinese medicine teachingandscientific research has an important value.How to realize the information management and visualization of the medicinal plant specimen，has been the problem that the Chinese medicine resources specimen management need to solve.This paper mainly expounds the design and implementation of the medical plant specimen management system in the Xinjiang Uygur Autonomous Region，and the technical route，system frame and function of the system.

Plant specimens；management system；data base；visualization of the specimen

2015-11-04)

新疆維吾爾自治區(qū)科技計(jì)劃(20133210)

*

陳國嶺，工程師，研究方向：地理信息系統(tǒng)；E-mail：cgl316myh@163.com

10.13313/j.issn.1673-4890.2016.5.012